JPH06289258A - 半導体レーザ装置 - Google Patents
半導体レーザ装置Info
- Publication number
- JPH06289258A JPH06289258A JP8035193A JP8035193A JPH06289258A JP H06289258 A JPH06289258 A JP H06289258A JP 8035193 A JP8035193 A JP 8035193A JP 8035193 A JP8035193 A JP 8035193A JP H06289258 A JPH06289258 A JP H06289258A
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- Japan
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- laser
- lens
- metallized
- semiconductor laser
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- Pending
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Abstract
(57)【要約】
【構成】レンズ２をレーザキャリア１に直接成形してあ
り、レンズ２と光軸が合うように、半導体レーザ素子３
を搭載したレーザサブマウント９と、ＰＤ（フォトダイ
オード）６を搭載したＰＤサブマウント１０をレーザキ
ャリア１上に固定してある。 【効果】本発明では、レンズをレーザキャリアに直接成
形しているため、低融点半田を用いる必要がない。
り、レンズ２と光軸が合うように、半導体レーザ素子３
を搭載したレーザサブマウント９と、ＰＤ（フォトダイ
オード）６を搭載したＰＤサブマウント１０をレーザキ
ャリア１上に固定してある。 【効果】本発明では、レンズをレーザキャリアに直接成
形しているため、低融点半田を用いる必要がない。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体レーザ素子とレ
ンズ及びフォトダイオード（以下ＰＤ）を一体化した半
導体レーザ装置に関するものであり、レンズをレーザキ
ャリアに直接成型することにより従来装置にあった強度
の弱い半田接合部を無くし、信頼性向上を実現したこと
を特徴とする。
ンズ及びフォトダイオード（以下ＰＤ）を一体化した半
導体レーザ装置に関するものであり、レンズをレーザキ
ャリアに直接成型することにより従来装置にあった強度
の弱い半田接合部を無くし、信頼性向上を実現したこと
を特徴とする。
【０００２】本発明による半導体レーザ装置は、光通信
や光計測等の分野で光源として用いることができ、従来
装置に比べて高い信頼性を有する。
や光計測等の分野で光源として用いることができ、従来
装置に比べて高い信頼性を有する。
【０００３】
【従来の技術】従来例として、特開昭５８−２１８９０
号公報に記載の発明を図４に示す。図４に示す従来構造
では、半導体レーザ３とレンズ２を別のキャリア１，７
に各々固定し、レンズキャリア７を動かしてレンズ２と
半導体レーザ３の光軸を合わせた後、レンズキャリア７
とレーザキャリア１を半田付けによって固定していた。
号公報に記載の発明を図４に示す。図４に示す従来構造
では、半導体レーザ３とレンズ２を別のキャリア１，７
に各々固定し、レンズキャリア７を動かしてレンズ２と
半導体レーザ３の光軸を合わせた後、レンズキャリア７
とレーザキャリア１を半田付けによって固定していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】図４の従来例では、レ
ンズキャリア７をレーザキャリア１に半田付けで固定し
ていた。その場合、図４の構造では、先にレーザ素子３
をＡｕ／Ｓｎ等の高融点半田（融点２００℃以上）で固
定し、その後で固定するレンズキャリア７には、Ｐｂ／
Ｓｎ等の低融点半田（融点２００℃以下）を用いざるを
得ない。一般に、低融点半田は強度が低くて温度変動や
経年劣化によりクラックやクリープが生じ易く、その結
果、組立後レンズキャリア７が動いて光軸ずれが起きる
という問題点があり、信頼性が低かった。
ンズキャリア７をレーザキャリア１に半田付けで固定し
ていた。その場合、図４の構造では、先にレーザ素子３
をＡｕ／Ｓｎ等の高融点半田（融点２００℃以上）で固
定し、その後で固定するレンズキャリア７には、Ｐｂ／
Ｓｎ等の低融点半田（融点２００℃以下）を用いざるを
得ない。一般に、低融点半田は強度が低くて温度変動や
経年劣化によりクラックやクリープが生じ易く、その結
果、組立後レンズキャリア７が動いて光軸ずれが起きる
という問題点があり、信頼性が低かった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記問題点は、レーザキ
ャリアとレンズキャリアを別部材にして半田固定したこ
とに起因している。そこで、本発明では、レンズとレー
ザ素子を同一のキャリア上に搭載する構造とした。具体
的には、文献（（株）旭ガラス 非球面ガラスモールド
レンズ資料）に記載されているように現在では半導体レ
ーザ用の微小レンズを金属部材に直接成形することが可
能であるため、レーザキャリアにレンズを直接成形で形
成し、その後、レーザ素子をレーザキャリア上に固定す
る構造とした。
ャリアとレンズキャリアを別部材にして半田固定したこ
とに起因している。そこで、本発明では、レンズとレー
ザ素子を同一のキャリア上に搭載する構造とした。具体
的には、文献（（株）旭ガラス 非球面ガラスモールド
レンズ資料）に記載されているように現在では半導体レ
ーザ用の微小レンズを金属部材に直接成形することが可
能であるため、レーザキャリアにレンズを直接成形で形
成し、その後、レーザ素子をレーザキャリア上に固定す
る構造とした。
【０００６】
【作用】本発明では、レンズをレーザキャリアに直接成
型しているため、装置の組立は半導体レーザをレンズと
光軸合せした後Ａｕ／Ｓｎ等の高融点半田で直接レーザ
キャリアに固定するだけで良い。そのため、従来装置に
あったレーザキャリアとレンズキャリア間の低融点半田
による接合部がなくなり、組立後に低融点半田の疲労に
よりレンズが動いて光軸ずれを起こすという前述の問題
点は解決される。
型しているため、装置の組立は半導体レーザをレンズと
光軸合せした後Ａｕ／Ｓｎ等の高融点半田で直接レーザ
キャリアに固定するだけで良い。そのため、従来装置に
あったレーザキャリアとレンズキャリア間の低融点半田
による接合部がなくなり、組立後に低融点半田の疲労に
よりレンズが動いて光軸ずれを起こすという前述の問題
点は解決される。
【０００７】
【実施例】図５，図６は、本発明の一実施例の斜視図，
断面図である。レーザキャリア１には予めレンズ２を直
接成形してあり、半導体レーザ素子３を上面に固定した
レーザサブマウント９とＰＤ６を固定したＰＤサブマウ
ント１０をレンズ２と光軸合せした後、レーザキャリア
１上に半田固定してある。
断面図である。レーザキャリア１には予めレンズ２を直
接成形してあり、半導体レーザ素子３を上面に固定した
レーザサブマウント９とＰＤ６を固定したＰＤサブマウ
ント１０をレンズ２と光軸合せした後、レーザキャリア
１上に半田固定してある。
【０００８】以下に各部材及び組立工程を説明する。図
７に示すレーザキャリア１は、線膨張係数の低いコバー
ルやＣｕ−Ｗ合金等（いずれも線膨張係数６×１０￣6
程度）を材料とし寸法は数ｍｍ角程度であり、図に示す
ように、垂直な壁板を有し、表面には半田付けのために
Ａｕメッキが施してある。そして、レンズ成形のために
壁板には直径１ｍｍ程度の孔１３が空けてある。
７に示すレーザキャリア１は、線膨張係数の低いコバー
ルやＣｕ−Ｗ合金等（いずれも線膨張係数６×１０￣6
程度）を材料とし寸法は数ｍｍ角程度であり、図に示す
ように、垂直な壁板を有し、表面には半田付けのために
Ａｕメッキが施してある。そして、レンズ成形のために
壁板には直径１ｍｍ程度の孔１３が空けてある。
【０００９】次に、図８（ａ）に示すように、レンズ金
型１４をレーザキャリア１の孔１３を挾むように配置
し、その間に孔１３を埋めるようにレンズ材料１５を充
填する。そして、焼成によって図８（ｂ）に示すよう
に、レンズ２をレーザキャリア１に成形する。
型１４をレーザキャリア１の孔１３を挾むように配置
し、その間に孔１３を埋めるようにレンズ材料１５を充
填する。そして、焼成によって図８（ｂ）に示すよう
に、レンズ２をレーザキャリア１に成形する。
【００１０】一方、図８（ｃ），（ｄ）に示すようにＰ
Ｄ６をセラミック製のＰＤサブマウント１０に半田固定
し、図８（ｅ），（ｆ）に示すように、半導体レーザ素
子３をセラミック製のレーザサブマウント９に半田固定
する。これらの半田付けには、Ａｕ／Ｓｎ（融点２８０
℃）のような高融点の半田を用いる。そして、まず
（ｄ）のＰＤサブマウント１０をレンズ２と光軸が合う
ように、レーザキャリア１上に配置しＡｕ／Ｓｎ等の高
融点半田で固定する。
Ｄ６をセラミック製のＰＤサブマウント１０に半田固定
し、図８（ｅ），（ｆ）に示すように、半導体レーザ素
子３をセラミック製のレーザサブマウント９に半田固定
する。これらの半田付けには、Ａｕ／Ｓｎ（融点２８０
℃）のような高融点の半田を用いる。そして、まず
（ｄ）のＰＤサブマウント１０をレンズ２と光軸が合う
ように、レーザキャリア１上に配置しＡｕ／Ｓｎ等の高
融点半田で固定する。
【００１１】次に、（ｆ）のレーザサブマウント９をレ
ーザ素子３とレンズ２の光軸を合わせた後、レーザキャ
リア１上にＡｕ／Ｓｎ等の高融点半田で固定する。これ
らの半田付け時に、先に固定したレーザ３とレーザサブ
マウント９間、及びＰＤ６とＰＤサブマウント１０間の
Ａｕ／Ｓｎ半田は融けるが、溶融半田の粘性によってレ
ーザ素子３とＰＤ６は大きく動くことはないので、位置
合わせの障害にはならない。こうして本発明で述べた半
導体レーザ装置が完成する。
ーザ素子３とレンズ２の光軸を合わせた後、レーザキャ
リア１上にＡｕ／Ｓｎ等の高融点半田で固定する。これ
らの半田付け時に、先に固定したレーザ３とレーザサブ
マウント９間、及びＰＤ６とＰＤサブマウント１０間の
Ａｕ／Ｓｎ半田は融けるが、溶融半田の粘性によってレ
ーザ素子３とＰＤ６は大きく動くことはないので、位置
合わせの障害にはならない。こうして本発明で述べた半
導体レーザ装置が完成する。
【００１２】本発明では、レンズをレーザキャリアに直
接成形しているため、従来例のように低融点半田を用い
る必要がなく、レンズとレーザ素子の光軸ずれは生じ難
い。
接成形しているため、従来例のように低融点半田を用い
る必要がなく、レンズとレーザ素子の光軸ずれは生じ難
い。
【００１３】ところで、レンズの直接成形では、レンズ
とそれを成形する金属ベースの線膨張係数が大きく異な
ると成形時にレンズに割れが生じる場合があるので、金
属ベースの線膨張係数はレンズの線膨張係数の０．８倍
から１．２倍程度にする必要がある。このように線膨張
係数の値から限定される金属材の熱伝導率は必ずしも高
いことは期待できないが、半導体レーザは発振時に数十
ｍＷから数百ｍＷの熱を発するので、排熱を良くするた
めにレーザを取り付ける金属ベースは熱伝導率が高い方
が望ましい。
とそれを成形する金属ベースの線膨張係数が大きく異な
ると成形時にレンズに割れが生じる場合があるので、金
属ベースの線膨張係数はレンズの線膨張係数の０．８倍
から１．２倍程度にする必要がある。このように線膨張
係数の値から限定される金属材の熱伝導率は必ずしも高
いことは期待できないが、半導体レーザは発振時に数十
ｍＷから数百ｍＷの熱を発するので、排熱を良くするた
めにレーザを取り付ける金属ベースは熱伝導率が高い方
が望ましい。
【００１４】これらの条件を満足するために、線膨張係
数をレンズに合わせたレンズベース１８と、熱伝導率を
高くしたレーザベース１９を垂直にろう付けして一体化
したものをレーザキャリア１とした例が図９である。実
施例では、レンズベース１８としてＦｅ−Ｎｉ合金（線
膨張係数８×１０￣6，熱伝導率０．０３［Ｃａｌ／ｃ
ｍｓｅｃ℃］）を、レーザベース１９としてＣｕ−Ｗ合
金（線膨張係数６×１０￣6，熱伝導率０．７［Ｃａｌ
／ｃｍｓｅｃ℃］）を用いている。
数をレンズに合わせたレンズベース１８と、熱伝導率を
高くしたレーザベース１９を垂直にろう付けして一体化
したものをレーザキャリア１とした例が図９である。実
施例では、レンズベース１８としてＦｅ−Ｎｉ合金（線
膨張係数８×１０￣6，熱伝導率０．０３［Ｃａｌ／ｃ
ｍｓｅｃ℃］）を、レーザベース１９としてＣｕ−Ｗ合
金（線膨張係数６×１０￣6，熱伝導率０．７［Ｃａｌ
／ｃｍｓｅｃ℃］）を用いている。
【００１５】今までの実施例では、レーザ素子３とＰＤ
６のどちらをも、一旦、サブマウントに半田付けし、そ
のサブマウントを操作して位置決めを行っているが、こ
れは、半導体素子を直接掴んで動かすと、作業ミスによ
り破壊してしまう恐れがあるからである。
６のどちらをも、一旦、サブマウントに半田付けし、そ
のサブマウントを操作して位置決めを行っているが、こ
れは、半導体素子を直接掴んで動かすと、作業ミスによ
り破壊してしまう恐れがあるからである。
【００１６】本発明は基本的にはサブマウントがなくて
も実現可能であり、図１，図２，図３には、サブマウン
トを用いずにレーザ素子３とＰＤ６を直接レーザキャリ
ア１上に半田付けした実施例を示す。この場合、レーザ
キャリアの材料は、前と同様に、線膨張係数の低いコバ
ールやＣｕ−Ｗ合金を用いている。
も実現可能であり、図１，図２，図３には、サブマウン
トを用いずにレーザ素子３とＰＤ６を直接レーザキャリ
ア１上に半田付けした実施例を示す。この場合、レーザ
キャリアの材料は、前と同様に、線膨張係数の低いコバ
ールやＣｕ−Ｗ合金を用いている。
【００１７】一方、先に述べたように、レンズとの線膨
張係数の整合及びレーザの排熱が問題となる場合は先と
同様、図１０に示すように、線膨張係数をレンズに合わ
せた金属を材料とするレンズベースと熱伝導率の高い金
属を材料とするレーザベースをろう付けして一体化した
ものをレーザキャリアとして用いる。レンズベースとレ
ーザベースの材質は先と同様である。
張係数の整合及びレーザの排熱が問題となる場合は先と
同様、図１０に示すように、線膨張係数をレンズに合わ
せた金属を材料とするレンズベースと熱伝導率の高い金
属を材料とするレーザベースをろう付けして一体化した
ものをレーザキャリアとして用いる。レンズベースとレ
ーザベースの材質は先と同様である。
【００１８】
【発明の効果】本発明によれば、レンズをレーザキャリ
アに直接成形しているため、低融点半田を用いる必要が
なくなるという効果がある。
アに直接成形しているため、低融点半田を用いる必要が
なくなるという効果がある。
【図１】本発明による半導体レーザ装置の斜視図であ
る。
る。
【図２】本発明による半導体レーザ装置の上面図であ
る。
る。
【図３】本発明による半導体レーザ装置の断面図であ
る。
る。
【図４】従来技術による半導体レーザ装置の斜視図であ
る。
る。
【図５】本発明による実施例の斜視図である。
【図６】本発明による実施例の断面図である。
【図７】三角法によるレーザキャリアの説明図である。
【図８】本発明による半導体レーザ装置の組立工程図で
ある。
ある。
【図９】レンズキャリアをレンズベースとレーザベース
のろう付けとした実施例の説明図である。
のろう付けとした実施例の説明図である。
【図１０】レンズキャリアをレンズベースとレーザベー
スのろう付けとし、かつサブマウントを用いない実施例
の説明図である。
スのろう付けとし、かつサブマウントを用いない実施例
の説明図である。
１…レーザキャリア、２…レンズ、３…半導体レーザ素
子、６…ＰＤ（フォトダイオード）、９…レーザサブマ
ウント、１０…ＰＤサブマウント。
子、６…ＰＤ（フォトダイオード）、９…レーザサブマ
ウント、１０…ＰＤサブマウント。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 熊沢 鉄雄 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内
Claims (5)
- 【請求項１】垂直な壁板を有しその壁板に１個の孔が空
けてありその孔を埋める様にガラスレンズが直接成型で
作られている金属製のレーザキャリアと、少なくとも一
つの面をメタライズされた半導体レーザ素子と、受光面
の裏面がメタライズされているフォトダイオードから成
り、半導体レーザ素子のメタライズ面とフォトダイオー
ドのメタライズ面がレーザキャリアの表面に半田付けで
接合されており、半導体レーザ素子の前面から発せられ
るレーザ光がレンズによって集光され、後面から発せら
れるモニタ光がフォトダイオードに受光される構成にな
っていることを特徴とする半導体レーザ装置。 - 【請求項２】垂直な壁板を有しその壁板に１個の孔が空
けてありその孔を埋める様にガラスレンズが直接成型で
作られている金属製のレーザキャリアと、少なくとも一
つの面をメタライズされた半導体レーザ素子と、受光面
の裏面がメタライズされているフォトダイオードと、セ
ラミックを材料として複数の面をメタライズされたレー
ザサブマウントとフォトダイオードサブマウントから成
り、半導体レーザ素子のメタライズ面とレーザサブマウ
ントのメタライズ面が半田付けされており、レーザサブ
マウントの他方のメタライズ面がレーザキャリアの表面
に半田付けされており、フォトダイオードのメタライズ
面がフォトダイオードサブマウントのメタライズ面に半
田付けされており、フォトダイオードサブマウントの他
方のメタライズ面がレーザキャリアの表面に半田付けさ
れており、半導体レーザ素子の前面から発せられるレー
ザ光がレンズによって集光され、後面から発せられるモ
ニタ光がフォトダイオードに受光される構成になってい
ることを特徴とする半導体レーザ装置。 - 【請求項３】請求項１または２において、レーザキャリ
アの材料としてコバールまたはＣｕ−Ｗ合金を用いた半
導体レーザ装置。 - 【請求項４】請求項１または２において、レンズの線膨
張係数の０．８倍から１．２倍の線膨張係数を持つ金属
板であるレンズベースと、熱伝導率がレンズベースより
高い金属で作られた板であるレーザベースを垂直にろう
付けして一体化したものをレーザキャリアとし、レンズ
ベース上にレンズを形成し、半導体レーザ素子を固定し
たレーザサブマウントとフォトダイオードを固定したフ
ォトダイオードサブマウントをレーザベース上に固定し
た半導体レーザ装置。 - 【請求項５】請求項４において、レンズベースの材料と
してＦｅ−Ｎｉ合金を、レーザベースの材料としてＣｕ
−Ｗ合金を用いた半導体レーザ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8035193A JPH06289258A (ja) | 1993-04-07 | 1993-04-07 | 半導体レーザ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8035193A JPH06289258A (ja) | 1993-04-07 | 1993-04-07 | 半導体レーザ装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06289258A true JPH06289258A (ja) | 1994-10-18 |
Family
ID=13715838
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8035193A Pending JPH06289258A (ja) | 1993-04-07 | 1993-04-07 | 半導体レーザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06289258A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6813102B2 (en) | 2002-04-08 | 2004-11-02 | Opnext Japan, Inc. | Optical module with a monitor photo diode |
| KR100454972B1 (ko) * | 2002-12-31 | 2004-11-06 | 삼성전자주식회사 | 광학소자의 수동정렬 장치 |
| US7620090B2 (en) | 2006-06-30 | 2009-11-17 | Oki Semiconductor Co., Ltd. | Semiconductor laser device |
| CN115302445A (zh) * | 2022-10-11 | 2022-11-08 | 昆山三智达自动化设备科技有限公司 | 基于模块单元的激光泵浦源高效组装工艺 |
-
1993
- 1993-04-07 JP JP8035193A patent/JPH06289258A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6813102B2 (en) | 2002-04-08 | 2004-11-02 | Opnext Japan, Inc. | Optical module with a monitor photo diode |
| KR100454972B1 (ko) * | 2002-12-31 | 2004-11-06 | 삼성전자주식회사 | 광학소자의 수동정렬 장치 |
| US7620090B2 (en) | 2006-06-30 | 2009-11-17 | Oki Semiconductor Co., Ltd. | Semiconductor laser device |
| CN115302445A (zh) * | 2022-10-11 | 2022-11-08 | 昆山三智达自动化设备科技有限公司 | 基于模块单元的激光泵浦源高效组装工艺 |
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